漂浮基空间机器人在轨捕获卫星过程的接触、碰撞动力学分析与控制

随着空间机器人在航天飞机、国际空间站的成功使用，未来它被期望执行远比现在更复杂的任务；如高轨道卫星的在轨燃料加注、装配、维护及空间碎片清理等。为此目的，空间机器人就必须具有对服务目标的在轨捕获能力。但复杂的太空失重环境，使空间机器人在轨捕获卫星过程的动力学与控制问题表现出：非完整动力学约束、捕获前后结构变拓扑，及动量、动量矩和能量的传递变化现象三者共存！因此，在轨捕获技术相关的动力学与控制问题远较未涉及捕获操作的空间机器人同类问题复杂，提出了许多理论新问题。我们将在捕获过程系统的运动学、动力学分析基础上，一、完成安全避撞及最小接触碰撞力、最小耦合线动量和角动量等目标要求下的运动学规划研究；二、克服上述三个难点共存对空间机器人在轨捕获过程控制系统设计的影响，给出各种复杂工况下，捕获过程各类期望运动及安全接触碰撞力要求下的控制方案设计，及捕获操作完成后空间机器人与卫星混合体稳定控制切换律设计。

伴随着空间机器人在国际空间站与航天飞机上的成功应用，它被期望在未来执行更复杂的任务操作；如高轨道卫星的在轨燃料加注、维修、日常维护及空间碎片清理等工作。为此目的，空间机器人必须具有对服务目标的在轨捕获能力。然而复杂的太空失重环境，使空间机器人在轨捕获卫星过程的动力学与控制问题表现出：非完整动力学约束、捕获前后结构变拓扑，及动量、动量矩和能量的传递变化现象三者共存！因此，在轨捕获技术涉及的动力学与控制问题远较从事非捕获操作空间机器人同类问题复杂，提出了许多理论新问题。为此我们对捕获操作过程空间机器人的运动学、动力学做了系统分析,在克服了上述三个难点共存对空间机器人在轨捕获过程控制系统设计影响的基础上，给出了各种复杂工况下捕获过程及捕获操作完成后空间机器人与目标卫星混合体系列镇定控制方案设计；如：反馈控制、自适应控制、鲁棒控制、鲁棒自适应混合控制、鲁棒神经网络控制、神经网络补偿控制、RBF神经网络控制、模糊滑模神经网络控制，与柔性臂空间机器人基于奇异摄动法的在轨捕获卫星操作反馈控制、鲁棒控制、自适应控制、复合自适应控制、RBF神经网络应控制，以及双臂空间机器人在轨捕获卫星过程基于内力优化配置原则的力/位置反馈控制与鲁棒控制。除上述空间机器人在轨捕获卫星操作相关控制问题研究工作之外，我们还利用奇异摄动理论给出了柔性关节空间机器人与柔性关节、柔性臂空间机器人运动与柔性振动主动抑制的基于RBF神经网络鲁棒控制、自适应反演滑模控制、基于RBF神经网络自适应补偿控制、神经网络L2增益鲁棒控制、基于关节柔性补偿的自适应控制、基于关节柔性补偿的模糊控制、自适应反演神经网络控制，以及关节控制输入力矩受限情况下的自适应模糊神经网络控制与鲁棒自适应控制。与目前国内外空间机器人方面已有的研究工作相比较，我们关于空间机器人动力学与控制问题的研究成果可以说是最全面、系统的！